復合土釘墻在深基坑支護工程的應用范文

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摘要:以濟南市區深基坑支護工程實例為背景，分析了在周邊環境復雜，使用土地范圍受限情況下的市區開展深基坑支護工程，采用復合土釘墻支護技術，利用其形式多樣、組合靈活的特點，充分發揮組合中各部件的優點，取長聚優，在保證安全的前提下以期達到技術經濟的最佳;同時總結了施工中各個工序的施工要點和關鍵技術措施。監測數據顯示基坑位移變形小，未對周邊環境造成不良影響，說明支護體系發揮了良好的實施效果。

關鍵詞:復合土釘墻;預應力錨桿;截水帷幕;高壓旋噴樁;深基坑支護工程

1工程概況

濟南經一路順河三角地項目位于經一路與順河西街交叉口西南角，工程擬建建筑物地上21層，地下2層。擬建工程基坑開挖面積約20000m2，基坑周長450m，開挖深度13．0m，基坑支護結構的安全等級為一級，支護結構重要性系數1．1。基坑東側距離順河西街6～7m，道路下埋設有污水、供電、天然氣、熱力、電訊等市政管線;基坑北側距離經一路10m，道路下市政管線密布;西南側為已建18層住宅樓和地下車庫，住宅樓采用樁基礎，以中風化輝長巖作為樁端持力層，地下車庫采用天然地基，柱下條形基礎，施工時基坑挖深約6．0m，該地塊地下室距擬開挖基坑10～14m，住宅區與基坑間的道路下埋設多種市政管線，管線距離基坑6～9m，管線埋深0．3～2．0m。

2場地工程地質條件

該場地屬山前傾斜平原地貌單元，地形較為平坦。場區表層為雜填土，其下為粘性土，下伏基巖為輝長巖，埋深19．70～23．50m。與基坑支護降水相關的土層自上而下為:①雜填土，松散;②素填土，松散;③粉質粘土，可塑—硬塑;③1碎石混粉質粘土，為透鏡體夾層，稍密—中密;④粉質粘土，可塑—硬塑;⑤粘土，硬塑，局部堅硬;⑤1碎石混粘土，中密—密實;⑥粉質粘土，可塑—硬塑。

3水文地質條件

地下水為第四系孔隙潛水和風化基巖裂隙水，地下水主要受降水和側向徑流補給，地下水排泄以人工開采和地表蒸發為主。勘察期間測得地下水靜止水位埋深1．0～3．6m，水位隨季節性變化明顯，變化幅度1．00～2．00m。根據濟南市關于保泉的有關規定、基坑開挖深度和場地水文地質條件綜合考慮，必須設置封閉式截水帷幕和回灌措施進行地下水控制和水資源保護。

4基坑支護及地下水控制方案比較及優化

本場地位于濟南市區繁華地段，基坑周邊環境復雜，東側、北側距市政道路較近，西南側為地下車庫，基坑周邊天燃氣、熱力、污水、供電、電訊等管線密集，地下水水位高。基坑支護及地下水控制方案應綜合考慮土質、地下水、周邊環境以及場地作業條件，通過工程類比和技術經濟比較后確定。

4．1基坑支護體系的優化選擇

針對基坑特點，有多種支護形式可供選擇，需要在保證安全的前提下對其進行技術經濟的分析比較，以獲得最優設計方案。(1)錨拉式排樁:該技術和工程實踐都成熟，是目前國內基坑工程應用最多的支護結構形式之一;可確保基坑安全，對土方開挖和地下基礎施工無障礙。不足之處是灌注樁施工工期較長，工程造價較高。(2)內支撐:這種支護結構無需占用基坑外側地下空間資源，可提高整個圍護體系的整體強度和剛度，能有效控制基坑及周邊環境的變形，技術成熟，能確保基坑安全。缺點是支護體系復雜，工程造價高，對土方開挖和運輸有一定的限制。(3)預應力錨桿復合土釘墻:該方法充分利用預應力錨桿有效控制坡面的側向位移，適用于填土、粘性土及混合土，支護工期短，造價低，但是需要一定的放坡空間，適用于該基坑的東北側。(4)預應力錨桿+微型樁(鋼管樁)復合土釘墻:該支護體系是一種解決狹窄場地基坑支護的有效方法，適用于基坑周邊環境復雜，放坡空間有限，對變形較敏感的基坑工程。預應力錨桿能有效的控制基坑變形，微型鋼管樁作為超前支護，提高土層的自立穩定性，可有效減小放坡空間，且施工快，對周邊環境影響小，造價相對于灌注樁低50%。適用于該基坑的西南、東南側。

4．2基坑支護體系設計

根據基坑開挖深度、地層條件、周邊環境條件等因素，將基坑分為4段按2種情況進行基坑支護結構設計。

4．2．1預應力錨桿復合土釘墻

BC段采用預應力錨桿復合土釘墻支護，邊坡放坡系數為1∶0．5，設置6道土釘，2道預應力錨桿，錨桿、土釘橫向、豎向間距取1．5m，土釘和錨桿梅花形布置。

4．2．2預應力錨桿+鋼管樁復合土釘墻

AB、CD、DA段總體支護形式一致，具體到土釘、錨桿的長度上略有不同，均采用上部3．0m按1∶0．5放坡，設置2排土釘;下部10．0m，土方直立開挖，預應力錨桿+鋼管樁聯合支護，鋼管樁樁長15．0m，樁徑220mm，配150mm×4．5mm鋼管，樁間距0．5m，樁身灌注純水泥漿，水灰比0．5。設置3道預應力錨桿、4道土釘。錨桿、土釘橫向、豎向間距均取1.5m，錨桿和土釘梅花形布置。典型支護剖面見圖3。鋼管樁頂設冠梁，冠梁采用單根20a槽鋼與鋼管樁端頭焊接連接，焊接固定后澆筑砼，用于代替傳統的鋼筋砼冠梁，這樣減少了綁扎鋼筋籠及支模板的施工工序，縮短了施工工期，降低了工程造價。

4．3地下水控制方案

選擇場區地下水位高，必須進行基坑降水。結合以往工程經驗，老城填土區基坑降水對周邊環境影響顯著，工程上應采取有效地下水控制措施。該基坑周邊環境復雜，東側北側距市政道路較近，基坑周邊煤氣、熱力、污水等管線較為密集，西側車庫底標高比本基坑底標高高6．5m，長時間大幅度降水會造成上述建(構)筑物的不均勻沉降，導致破壞性后果，故采用封閉式截水帷幕將基坑內水體與周邊水系隔離，采用管井法降低基坑內水位。同時場地位于泉域保護范圍內，根據保泉的有關規定需要進行地下水回灌，故在基坑周邊設置回灌井進行水資源保護。場地地層以粘性土為主，夾有碎石層，第四系下部為透水性較好的全風化輝長巖，截水帷幕需要穿透碎石層并深入到全風化輝長巖一定長度。水泥土攪拌樁適用于軟土、填土、松散—中密的粉細砂等土層，不適用于硬塑及堅硬的粘性土、碎石等土層。高壓旋噴樁在大部分土層及全風化巖中均可成樁，設備較小，對施工場地的空間要求不高。根據場地地層情況，選擇采用高壓旋噴樁截水帷幕。

4．4地下水控制方案

基坑四周設計高壓旋噴樁截水帷幕。根據本場區地質資料及類似工程經驗，確定高壓旋噴樁樁長23．0m，樁徑800mm，間距500mm，搭接長度≮300mm。沿截水帷幕內側布設降水井，井深18.0m。基坑內按25～30m間距設置疏干井，井深18．0m，疏干井適當避開樓座、梁、柱等位置。在帷幕外側設回灌井，井深16．0m。降水井、回灌井成孔直徑700mm，井管采用內徑400mm的無砂濾水管，濾料采用5～10mm細石。在基坑內和截水帷幕外側布設觀測井對地下水位進行動態監測，觀測井成孔直徑110mm，內放75mmPVC管，PVC管打孔后外包濾網，管外填細石濾料。坡底設置排水溝和集水坑，排水溝內用20～40mm碎石充填。基坑外側地面全部硬化，并在基坑坡頂砌筑240mm×300mm的擋水墻，以防雨水進入基坑。

5基坑支護施工考慮

基坑開挖面積大，開挖深度較深，基坑周邊建(構)筑物對變形較敏感，如大面積開挖，由于長邊效應(基坑西南側邊長160m)，會引起基坑周邊較大的變形，基坑開挖采用分區分段的方式實施，劃分3個區，先開挖Ⅰ區和Ⅱ區，后開挖Ⅲ區，區內分段開挖，每段不超50m。分區施工充分利用時空效應，減少基坑開挖卸荷的范圍及基坑開挖后暴露的時間，從而減少被動區土體的蠕變和松弛，能有效減少基坑周邊的變形。

5．1施工順序

首先分2層開挖3m，施工土釘，掛網噴漿，砼面層養護2d后，方下挖基坑。按照分區分段開挖的原則，合理安排施工進度計劃，在后開挖區段養護期間，開始在先開挖區段施工鋼管樁，待樁身灌注的水泥漿凝固后，方可進行土方下挖、錨桿(土釘)支護、掛網噴砼、安設腰梁、預應力鎖定等工序，按照分層開挖、分層支護、嚴禁超挖的原則施工。

5．2鋼管樁施工

工藝流程:測量定位→鉆機對位→成孔→清孔→下放鋼管→安裝注漿管→拌制水泥漿→壓力注漿→直至上口翻漿。成孔采用小型地質鉆機回轉鉆進的方法，成孔后及時下放鋼管。鋼管下放前在其底部3m范圍內每隔400mm梅花形布設出漿孔，出漿孔直徑10～15mm，注漿管下前用透明膠帶封孔，加壓后開封出漿。下放鋼管完畢后，進行注漿，注漿管插至孔底，注漿壓力0．5MPa，注漿后暫不拔管，直至水泥漿從管外流出，上拔注漿管至鋼管上部，密封鋼管端部，加壓數分鐘，待水泥漿再次從鋼管外流出為止，間隔時間1．5～3h后，進行二次注漿，增強對鋼管樁周圍土體的加固作用，注漿壓力≮1．5MPa，直至鋼管外翻漿為止。每根樁注漿結束后，注漿管保持壓力3min，等壓力消散之后拔掉注漿管，這樣既有利于注漿效果和保證樁身質量，也避免了壓力過高造成安全事故。

5．3預應力錨桿施工

錨桿施工前，取2根錨桿進行鉆孔、注漿、張拉與鎖定的試驗性作業，考核施工工藝和施工設備的適應性。錨桿施工工藝流程:土方開挖→修整邊壁→測量定位→鉆機就位→校正孔位→調整角度→鉆孔→鉆至設計深度→安放錨桿→壓力灌漿養護→裸露主筋除銹→安設腰梁→組裝錨具→張拉→鎖定。安設腰梁時，腰梁的承壓面應平整，并與錨桿的軸線方向垂直，腰梁與面層之間要緊貼密實。如有空隙，較大的用斜鐵墊塊墊平，較小的用素砼填實。錨桿鎖定后，若發現有明顯預應力損失時，及時進行補償張拉。

6地下水控制施工方案

第一階段:先施工高壓旋噴樁截水帷幕，降水井、回灌井及觀測井緊隨其后進行;第二階段:降水施工完成后，必須經過降水工程檢測，滿足降水設計深度后方可進入降水工程監測與維護階段，確保土方及邊坡支護正常進行，此階段直至基坑回填完畢方可停止。高壓旋噴樁正式施工前在場地內部做3根工藝性試樁，以確定適宜于本地層的各項工藝性參數以指導施工質量達到截水效果。

7高壓旋噴樁施工注意事項

(1)在插入注漿管前先檢查高壓水與空氣噴射情況，各部位密封圈是否封閉，插入后先作高壓水試驗，合格后方可噴射漿液。如因塌孔插入困難時，用低壓(0．1～1MPa)水沖孔噴下，同時把高壓水噴嘴用塑料布包裹，以免泥土堵塞。

(2)注漿過程中出現不冒漿或斷續冒漿時，若因土質松軟則視為正常現象，可適當進行復噴;若系附近有孔洞、通道，則應不提升注漿管繼續注漿直至冒漿為止或拔出注漿管待漿液凝固后重新注漿。

(3)高壓噴射注漿完畢，或在噴射注漿過程中因故中斷，短時間(不超過漿液初凝時間)內不能繼續噴漿時，應迅速拔出注漿管清洗備用，以防漿液凝固后拔不出來。為防止漿液凝固收縮影響樁頂高程，必要時可在原位采用冒漿回灌或第二次注漿等措施。截水帷幕的截水效果通過坑內側預抽水，觀察觀測井的水位檢測帷幕質量，必要時采取注漿或化學材料堵漏的應急措施。

8基坑監測

該基坑支護結構的安全等級為一級，監測項目包括:坡(樁)頂水平位移和沉降、深層水平位移、錨桿內力、地下水位、周邊管線位移、周邊地表沉降、周邊建筑物沉降等。基坑支護施工和地板澆筑后直至回填前的整個過程中嚴格按照規范要求的頻率進行監測，各個監測點的豎向位移和水平位移變化規律基本符合理論預期。各個地表沉降位移測點最終變化量范圍在－15．37～－19．57mm之間，累計差異沉降最大為4．20mm，測區沉降監測點同次差異沉降最大值為0．36mm;各個監測點水平位移測點最終變化均向基坑方向偏移，范圍在5．00～9．49mm之間，測區位移監測點累計差異位移最大值為4．49mm;在整個監測過程中各個點出現上下波動現象，但均未超出報警值。其它監測項目的變化速率和累計值也均低于報警值，未對基坑周邊建筑物、道路及管線造成不良影響。

9結語

(1)預應力錨桿+微型樁(鋼管樁)復合土釘墻支護技術，利用預應力錨桿控制基坑變形;鋼管樁進行超前支護可有效減小放坡空間，且施工快，造價低，對周邊環境影響小;頂部冠梁采用槽鋼焊接代替傳統的鋼筋砼冠梁可降低工程造價，有效縮短施工工期。

(2)通過設計方案比較與優化，將復合土釘墻支護技術應用于市區繁華地段，周邊環境復雜的深基坑，利用復合土釘墻技術組合靈活的特點，充分發揮組合中各部件的優點，使工程設計技術先進，經濟最優。后續基坑開挖及使用期間的監測數據表明整個基坑支護及地下水控制體系安全可靠，表明該工程實踐是成功的，對類似工程具有指導意義。

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作者：劉文峰1；陳之偉2；蘇白濟1 單位：1.山東省物化探勘查院，2．山東省深基建設工程總公司